論理ゲート
図1-13の左側の回路はこれまで扱ってきたNOT回路ですが、デジタル回路ではこのひとまとまりの回路をNOTゲートとして表します。 右側の一番上がNOTゲートの記号です。三角形に小さい丸を付けて書きます。 ゲート表記を使うことで、まとまったありきたりの回路を見やすく表現することができます。 実際にはゲート回路には電源のプラスとGndのマイナスのケーブルも必要ですが、それはあるものとして省略されます。 NOTの他にも様々な論理ゲートがあり、例えば右側に示した論理ゲートは、上からNOTゲート、NANDゲート、NORゲート、ANDゲート、ORゲート、XORゲートです。 NOT以外は2つの入力があり、NANDゲートは両方がHの場合のときのみL、NORゲートはどれかがHならL、ANDゲートは両方HのときのみH、ORゲートはどれかがHならH、XORゲートは2つの入力が同じならL、違ったらHになるゲートです。 左側の入力の「L」をクリックして動作を確認してみましょう。 通常は真理値表という表を使ってL/Hを表現します。 いずれもNOT回路のようにトランジスタを何個か使って回路を組み立てることができます。 また、いずれのゲートもNOT、AND、ORゲートの3つを組み合わせれば表現できます。 もっと言えば、どのゲートもNANDゲート(もしくはNORゲート)だけを使えば表現できます。図1-13
NANDゲートだけでと書きましたが、NANDゲートは実際いろいろな場面で使われています。 図1-14に実際のNAND回路を示します。左側はN型MOSFETを使ったNAND回路、右側はP型MOSFETを使ったNAND回路です。 入力をクリックすると、動作が確認できます！図1-14
そして図1-15が両方のNAND回路をくっつけたComplementary NAND回路です。入力がどのパターンでも電流は(ほとんど)流れません！図1-15
NANDゲートだけで他の論理回路が表現できると前述しましたが、図1-16が実例です。NANDの2入力に同じ入力を与えれは、出力は入力の逆になります(=NOTゲート)。 AND回路はNANDゲート2個で、OR回路は3個で、XOR回路は4個あれば表現できます。このようにNAND回路さえ使えばどのようなデジタル回路も表現できると言えます。図1-16